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题型：实验探究题题类：难易度：普通

江西省重点学校2024-2025学年高三上学期7月开学联考物理试卷

学校物理兴趣小组设计了可以测量物体质量的“天平”，如图所示，长方形木箱放在水平地面上，两根相同的弹簧（劲度系数很大）上端竖直吊挂在木箱上顶面，水平托板、直杆、齿条、水平横杆竖直连在一起，直杆通过小孔（直杆未与小孔边缘接触）穿过木箱上顶面，横杆与两弹簧下端点相连。在齿条左侧固定一齿轮，齿轮与齿条啮合且可绕过圆心O的轴无摩擦自由转动，齿轮上固定一轻质指针，当齿条下移时，齿轮沿顺时针方向转动，指针随之转动，通过固定在齿轮上方的表盘可读出指针转过的角度。经过调校，托板上未放物品时，指针恰好指在竖直向上的位置。

（1）、在托板上放上待测物体，指针未接触右侧的齿条，读出指针偏转的角度（以弧度为单位），若要求出每根弹簧伸长的增加量，则还需测量的物理量为（　　）

A、弹簧的劲度系数 B、齿轮的半径 C、指针的长度

（2）、实验中，将弹簧较小的形变转换为指针偏转的角度，采用的科学方法是（填“理想实验法”“控制变量法”或“放大法”）。

（3）、若已知弹簧的劲度系数为k，齿轮的半径为R，指针偏转的角度为 $\text{[math]}$ ，当地的重力加速度大小为g，则物体的质量可用k、R、 $\text{[math]}$ 、g表示为 $\text{[math]}$ 。

（4）、为了提高“天平”测量的精确度，可以在其他条件不变的情况下，换用劲度系数更（填“大”或“小”）的弹簧。

（5）、本实验中，弹簧自身受到的重力对实验结果（填“有”或“无”）影响。

举一反三

《探究弹力和弹簧伸长的关系》的实验中，由实验测得某弹簧的长度L和弹力的关系如图所示，则该弹簧的原长为{#blank#}1{#/blank#} cm，劲度系数为{#blank#}2{#/blank#} N/m．

一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系，实验如下：在离地面高度为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的一小钢球接触；桌边悬一重锤，地面垫上白纸．当弹簧处于自然长度时，小钢球恰好在桌子边缘，如图所示．让钢球向左压缩弹簧一段距离x后由静止释放，使钢球沿水平方向射出桌面，小球在空中飞行后落到水平地面，水平距离为S．（重力加速度为g）

通过理论分析可得出弹簧的弹性势能公式E_p= $\text{[math]}$ kl²（式中k为弹簧的劲度系数，l为弹簧长度的变化量）．为验证这一结论，A、B两位同学设计了以下的实验：

①两位同学首先都进行了如图甲所示的实验：将一根轻质弹簧竖直挂起，在弹簧的另一端挂上一个已知质量为m的小铁球，稳定后测得弹簧伸长d．

②A同学完成步骤①后，接着进行了如图乙所示的实验：将这根弹簧竖直地固定在水平桌面上，并把小铁球放在弹簧上，然后竖直地套上一根带有插销孔的长透明塑料管，利用插销压缩弹簧．拔掉插销时，弹簧对小球做功，使小球弹起，测得弹簧的压缩量l和小铁球上升的最大高度H．

③B同学完成步骤①后，接着进行了如图丙所示的实验：将这根弹簧放在水平桌面上，一端固定在竖直墙上，另一端被小铁球压缩，测得压缩量为l，释放弹簧后，小铁球从高为h的桌面上水平抛出，抛出的水平距离为x．

橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F成正比，即F=kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关．理论和实践都表明k=YS/L，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量

如图，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧 A 的一端固定在轨道的左端，OP 是可绕 O 点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一质量未知的小钢球．现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能．

探究弹力和弹簧伸长的关系时，在弹性限度内，悬挂15N重物时，弹簧长度为0.16m；悬挂20N重物时，弹簧长度为0.18m，则弹簧的原长L_原为{#blank#}1{#/blank#}m，劲度系数k为{#blank#}2{#/blank#}N/m．

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